Les systèmes de dépollution des VI répondant à la norme Euro 6

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Description détaillée

L'avènement de la norme Euro 6 a contraint les constructeurs de véhicules industriels à équiper leur motorisation des systèmes d'injections, de suralimentation et de dépollution plus performants permettant de répondre à cette norme.
La norme Euro 6 en quelques chiffres :

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Le cycle d'homologation ESC/ELR a été remplacé par le WHTC/WHSC
WHTC (World Harmonized Transient Cycle)
WHSC (World Harmonized Stationary Cycle)
Par rapport à Euro V en 2009 :

·        Réduction des émissions de NOx de 80 %.
·        Réduction des émissions de PM de 66 %.
·        Introduction d'une limite d'émission d'ammoniac.
·        Prise en compte des émissions des gaz de carter (système de recyclage obligatoire).
·        Les seuils de pollution maximums devront être respectés dans toutes les phases d'utilisation du véhicule et non plus simplement en conditions « normales ».

Les systèmes d'injection :
Les systèmes Common Rail ont été adoptés par les constructeurs pour améliorer la combustion de leurs moteurs diesels. Voir fiche Common Rail.
Les systèmes de suralimentation :
Les véhicules industriels sont équipés depuis longtemps de systèmes de suralimentation, ils permettent de gaver en air le moteur.
Contrairement à un turbo équipé d'une Wastegate, un turbo à géométrie variable possède une plage d'utilisation plus importante.
Effectivement, sur un système classique, lorsque la pression de suralimentation est atteinte la Wastegate s'ouvre. Une partie des gaz d'échappement est alors déviée et n'entraîne plus la turbine.
La pression de suralimentation s'en trouve limitée (régulée).
 

·        1 roue de la turbine
·        2 wastegate

Le turbo à géométrie variable :
Contrairement aux turbos équipés d'une Wastegate, ceux équipés d'une géométrie variable peuvent être utilisés sur une plus grande partie de la plage de régime moteur.

Lorsque l'on rétrécit la canalisation d'un gaz, celui-ci augmente sa vitesse d'écoulement. C'est le principe utilisé par le turbo à géométrie variable.

Moteur à bas régime, « ailettes fermées »

 

Moteur à haut régime, « ailettes ouvertes »

 

Constitué d'ailettes orientables, un actionneur permet le déplacement d'un anneau de géométrie qui entraîne les axes de pales dans un mouvement de rotation. En fonction de l'orientation des ailettes la vitesse des gaz d'échappement est modifiée ce qui permet d'accélérer ou ralentir la turbine.

Toutes les pales sont orientées simultanément et uniformément.

Les turbos à géométrie variable permettent un remplissage en air du moteur plus efficace et donc une diminution des polluants issus de la combustion.
Une autre solution pour obtenir un remplissage en air important réside dans l'utilisation d'une suralimentation à double étage.

L'utilisation de deux turbos commandés indépendamment permet d'optimiser leurs plages de fonctionnement.
A bas régime et faible charge, un petit turbo réalise le gavage en air du moteur. Ayant une faible inertie, il aura un temps de réponse faible.
A régime élevé et charge élevée, un gros turbo réalisera le travail de compression de l'air.
Cette solution permet une montée en pression du circuit d'air plus rapide et une sollicitation moins importante sur chaque turbo.
Quelque soit le système de suralimentation utilisé, la pression sera régulée par le calculateur.


 

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Constitution EURO 6 Step A (exemple de montage) :

 

Légende :
EGR : Exhaust Gas Recirculation  
DOC : Diesel Oxidation Catalyst
DPF : Diesel Particulate Filter
SCR : Selective Catalytic Reduction
CUC : Clean-Up Catalyst
NH3 : Ammoniac
NOx : Oxyde d'azote
AdBlue®: L'AUS 32 (en anglais: aqueous urea solution) est une solution aqueuse d'urée composée de 32,5 % d'urée et de 67,5 % d'eau déminéralisée.


 

Constitution EURO 6 Step C (exemple de montage) :

 

La recirculation des gaz d'échappements : 
Appelé EGR, la recirculation des gaz d'échappement consiste à admettre des gaz d'échappement dans le conduit d'admission.
L'objectif de l'EGR est de réduire la production d'oxydes d'azotes.
En effet les oxydes d'azotes sont produits dans le cylindre lors du processus de combustion. Une température élevée et une concentration en oxygène importante génèrent une production de NOx importante.
L'EGR permet de réduire la température de combustion. Cela est dû à une réduction partielle de l'oxygène dans le cylindre et à la présence en quantité importante de CO2 et de H2O dans les gaz d'échappement. Ces deux gaz ont une capacité d'absorption calorifique importante.

Principe de fonctionnement :
 

Le calculateur moteur pilote la vanne EGR pour l'ouvrir et ainsi faire passer les gaz d'échappement vers l'admission. Un capteur de position intégré à la vanne lui permet de vérifier si la vanne s'est correctement ouverte.


Les dispositifs de post-traitement :

Le catalyseur :
 

Le rôle du catalyseur d'oxydation, aussi appelé DOC pour Diesel Oxydation Catalyst, est de transformer par réaction chimique le CO (monoxyde de carbone) et les HC (hydrocarbures) présents dans les gaz d'échappement.
Pour la réaction chimique, le catalyseur est imprégné de matériaux précieux comme le platine et le palladium. Ces matériaux vont oxyder le CO et les HC pour les transformer en CO2 (dioxyde de carbone) et H2O (eau).

Hormis son rôle de système de dépollution, le catalyseur sert à :

• Transformer les NO en NO2 afin de favoriser la régénération du FAP et optimiser les performances du SCR.

• Créer une réaction exothermique à partir du carburant (HC) lors d'une post-injection. En injectant des HC en amont du DOC, la réaction chimique réalisée à l'intérieur du DOC s'amplifie et augmente la température des gaz d'échappement qui peut atteindre environ 600°C. Cette procédure est utilisée pour la régénération active du FAP.

Le filtre à particules :
 

Le filtre à particules (FAP) est un bloc monolithique poreux en carbure de silicium (SiC). Son rôle est de filtrer et d'emmagasiner les particules de suies créées lors de la combustion.
Cette céramique a un seuil de filtration de l'ordre de 3μm.
Le filtre à particules est composé de multiples canaux obstrués à leurs extrémités. Les parois poreuses de chaque canal laissent passer les gaz d'échappement mais retiennent les particules de suies.
Le filtre à particules est intégré à l'ensemble du dispositif de post traitement des gaz d'échappement. Il est toujours placé en aval du catalyseur d'oxydation.
Fonctionnement :
Le FAP est un filtre mécanique qui bloque les particules dans ses canaux d'admission, il ne peut cependant stocker qu'une certaine quantité de particules. Il faudra donc le régénérer en fonction de son taux de colmatage.


 

Les régénérations :

La majorité des régénérations sont dites passives. C'est à dire qu'elles se font naturellement, sans aucune commande du conducteur ou du calculateur moteur.
Lorsque le véhicule est en charge et que les gaz sont suffisamment chauds, les particules sont oxydées naturellement. Les suies composées de carbone sont oxydées et transformées en CO2.

La régénération active :

Lorsque les conditions de roulage ne permettent pas la régénération naturelle (passive) du filtre, le calculateur peut augmenter la température de la ligne d'échappement en procédant par exemple à une ou plusieurs post-injections.

La post-injection peut être réalisée de deux manières :

• En injectant tardivement directement dans le cylindre.

• En utilisant un injecteur dans la ligne d'échappement.

Dans les deux cas l'objectif est d'augmenter la quantité d'hydrocarbures imbrulés dans la ligne d'échappement. Le catalyseur traitera ces polluants et cette réaction étant exothermique elle augmentera la température du filtre à particules.
La post injection dans le cylindre a pour inconvénient de créer un phénomène de dilution de gazole dans l'huile.

La deuxième solution est d'injecter le carburant directement dans la ligne d'échappement. Cette solution évite la dilution, mais a un coût supplémentaire.



 

La surveillance du filtre à particules :

L'objectif pour le calculateur est de connaitre la résistance à l'écoulement des gaz d'échappement au sein du filtre à particules.
Pour mesurer l'état d'encrassement du FAP, un capteur de pression différentielle mesure la pression en amont et en aval du filtre.

 

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 Mesure d'un capteur delta P piezo-électrique                      

   

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Mesure d'un capteur delta P type SENT
 

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En fonction de l'état de charge du filtre à particules, la pression différentielle augmente et le calculateur pourra lancer si besoin une régénération active.
Lors des post-injections, l'objectif est de faire monter en température le filtre à particules.
Pour déterminer la quantité nécessaire de carburant à injecter et pour éviter que le système ne soit soumis à des températures excessives, le calculateur utilise des sondes de température positionnées sur la ligne d'échappement.


 

Le capteur de particules PM :

Le capteur de suie, apparu lors de l'évolution de la norme Euro 6 en step C, permet de contrôler l'efficacité et la régénération correcte du filtre à particules en vérifiant l'absence de particules imbrulées en sortie du catalyseur SCR.
A mesure que le capteur de suie se charge en particules, sa résistance diminue. Lorsqu'il atteint un seuil de remplissage trop important, une résistance électrique est activée afin d'auto nettoyer le capteur.


 

Le post traitement des NOx :

Utilisée depuis la norme Euro 4, la technologie SCR (réduction catalytique sélective) est un système de dépollution indispensable pour répondre à la norme Euro 6.
En effet, la norme Euro 6 abaisse le seuil de rejet de NOx de 80% par rapport à Euro 5.

 

1 : E.V. liquide de refroidissement chauffage AdBlue
2 : Module de pompe
3 : Doseur AdBlue
4 : Capteur niveau/T° AdBlue
5 : Catalyseur blocage ammoniac
6 : Catalyseur SCR
7 : Catalyseur à oxydation diesel (DOC)
8 : Filtre à particules (DPF)
9 : Capteur de T° gaz d'échappement après le DOC niveau bas
10 : Calculateur gestion moteur
11 : Capteur de pression gaz d'échappement avant le DOC
12 : Capteur T° gaz d'échappement avant le DOC
13 : Capteur NOx entrée unité de retraitement des gaz d'échappement
14 : Capteur de T° des gaz d'échappement après le DOC niveau haut
15 : Calculateur retraitement des gaz d'échappement
16 : Calculateur capteur NOx entrée unité de retraitement des gaz d'échappement
17 : Capteur NOx sortie unité de retraitement des gaz d'échappement
18 : Capteur de température gaz d'échappement après catalyseur SCR

La technologie SCR permet de transformer, au niveau de l'échappement, les oxydes d'azote (NOx) en azote (N2) et en vapeur d'eau (H2O) à l'aide d'un convertisseur catalytique et d'une solution d'urée baptisée AdBlue.

La solution AdBlue :

L'AdBlue est une marque commerciale répandue au niveau international sous laquelle est diffusée la solution AUS32, Solution Aqueuse d'Urée à 32,5% et 67,5% d'eau déminéralisée.
A une température d'environ 200°C, l'urée dégage de l'ammoniac sous forme de gaz. C'est cet ammoniac qui permet la réaction chimique dans le catalyseur : la réduction. Cette réaction chimique est utilisée pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx.
La solution AdBlue gèle à -11°C. Le stockage est recommandé à température ambiante ou en réservoirs enterrés.
L'AdBlue est un produit non explosif et non toxique. En revanche, les dépôts cristallisés sont corrosifs. Laver tous les dépôts à l'eau pour éviter les risques de dégradation visuelle ou de corrosion sur le châssis.

 

En cas d'intervention sur les composants du système d'AdBlue et de déconnections des tuyaux d'AdBlue, protéger les connecteurs électriques des contaminations éventuelles avec de l'AdBlue.
Contamination avec de l'AdBlue sur un connecteur fermé :

•  RINCER à l'eau claire.

Contamination avec de l'AdBlue sur un connecteur ouvert :

• CHANGER le connecteur.

La solution AdBlue est injectée dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur SCR.
Pour améliorer sa diffusion dans les gaz d'échappement un diffuseur est utilisé.

  

L'AdBlue gèle à partir d'une température d'environ -11°C, un système de réchauffage est donc prévu pour réchauffer le réservoir, les canalisations et l'injecteur pendant le trajet lorsque les températures sont basses pour éviter le gel.
A l'arrêt du moteur, les canalisations et l'injecteur sont purgés pour éviter tout risque de gel.


La réaction chimique :

 

Le catalyseur est un bloc de céramique garni de matériaux comme le vanadium et le titane. C'est au contact de ces métaux que la réaction chimique (appelée réduction) peut se réaliser. En aval de ce catalyseur principal, on trouve un deuxième catalyseur (Clean Up Cat).

Le Clean Up Catalyst est un catalyseur d'oxydation, intégré après le SCR, prévu pour supprimer tout résidu d'ammoniac.
 Les capteurs du système :
 

1. Ensemble    capteur niveau/température Adblue
2. Entrée    AdBlue        (retour       du      doseur d'AdBlue)
3. Sortie AdBlue (arrivée vers le module de pompes)
4. Sortie liquide de refroidissement (vers le module de pompes)
5. Entrée liquide de refroidissement (du moteur)
6. Raccordement électrique
7. Flotteur
8. Anneau à baïonnette
9. Tube d'immersion
10. Filtre d'AdBlue
11. Canal de liquide de refroidissement

Les sondes de températures échappement :
Selon les modèles des différents constructeurs, vous pouvez trouver en moyenne entre trois et cinq capteurs, ils peuvent être positionnés de la manière suivante :

• ·        A l'entrée du FAP.
• ·        Après le mixer (entrée du SCR).
• ·        A la sortie du SCR.
• ·        Avant et après le catalyseur à oxydation.

Les modules de dosage :
Le système ALBONAIR

 

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1 Réservoir AdBlue
2 Capteur niveau et de température d'AdBlue dans le réservoir
3 ACM (boitier de gestion dépollution)
4 ECM (Calculateur d'injection)
5 Ensemble albonair
6 Muffler (DOC,DPF,SCR)
7 Alimentation en air
8 Alimentations Ad Blue
9 Entrée LR
10 Electrovanne d'air
11/27 Ensemble pompe d'adblue
13 Filtres air/adblue
14 Clapet anti retour
15 Capteur de pression d'air
16 Capteur de température d'adblue
17 Capteur de pression d'adblue
18 Canalisation chauffantes
19 Capteur Nox aval SCR
20 Capteur Nox amont SCR
21 Capteur Température avant SCR
22 Capteur de pression différentielle DPF (canalisation après DPF)

L'injecteur ALBONAIR :

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L'utilisation de l'air comprimé du véhicule permet une meilleure diffusion de la solution AdBlue dans l'échappement, ce qui a pour effet d'améliorer l'hydrolyse mais également d'éviter la cristallisation.

Le système Dénoxtronix  :

 

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1 Moteur thermique

2 Vanne de déviation

3 Réservoir AdBlue

4 Module pompe

5 Module de dosage

L'injecteur (module de dosage DNOX 2.2)

 

La sonde NOx :

 

Montée en amont et en aval du système de post traitement.

Elles permettent de contrôler la teneur en NOx avant et après post traitement pour doser la quantité d'AdBlue à injecter. Elles contrôlent aussi le bon fonctionnement du système.

 

 

1 Capteur NOx

2 Raccordement électrique

3 Calculateur capteur NOx

 Le capteur NOx possède son propre calculateur, ils sont indissociables.

 

Le capteur d'ammoniac NH3 :

 

Avec l'apparition de la nouvelle norme Euro 6 et sa limitation à 10 ppm de NH3 (ammoniac), certains constructeurs ont ajouté à leur dispositif de traitement des gaz d'échappement un capteur d'ammoniac en sortie du Clean Up.

 

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Le capteur de qualité d'AD blue (exemple de montage) :

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Ce capteur de qualité fonctionne grâce aux ultra-sons, la durée d'obtention d'un écho du signal émis renseigne le capteur sur la densité du produit présent dans le réservoir. L'urée ayant une densité différente de l'eau, ce procédé permet de connaitre le taux d'urée du mélange présent dans le réservoir.

 

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Méthodes et pratiques

Suralimentation :

Aucun entretien particulier n'est à réaliser sur le système de suralimentation, néanmoins une bonne lubrification est nécessaire. Le respect des préconisations liées à l'entretien (vidange) est primordiale.

L'EGR :

La vanne EGR permet de réintroduire une partie des gaz d'échappement dans le conduit d'admission. Ces gaz contiennent des suies qui au fur et à mesure encrassent les conduits d'admission.

Un démontage du collecteur d'admission est nécessaire pour effectuer son nettoyage.
Certains équipementiers proposent des solutions de nettoyage sans démontage. Cette solution consiste à pulvériser dans le conduit d'admission un produit qui permet de dissoudre la calamine, cela nécessite une machine de nettoyage et de procédures de mise en œuvre spécifiques à chaque machine. Ce type de nettoyage peut durer de 1H30 à 2H00.

 

Le FAP :

Le filtre peut se déposer facilement afin de procéder à un nettoyage régulier.

 

Un filtre peut être nettoyé au maximum entre 3 et 5 fois. Après un certain temps d'utilisation, le traitement du FAP perd de son efficacité, c'est pour cela qu'il faut le remplacer après 5 nettoyages.

Une logistique spécifique est mise en place pour envoyer les FAP dans un centre de nettoyage spécifiquement équipé. Il est strictement interdit de réaliser cette opération dans un atelier.

 

Le système SCR :

 

Remplacement des filtres (pour les véhicules équipés).

 

 

 

La qualité de l'AdBlue peut être contrôlée grâce à un réfractomètre.

 

L'opération consiste à puiser une petite quantité d'AdBlue du réservoir, et en déposer une goute sur la partie bleue du réfractomètre.

 

En positionnant l'œil dans la partie prévue à cet effet ci-dessous et face à la lumière.

 

 

Vous observerez la qualité de l'AdBlue.

 

Exemple de relevés :

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Impact sur les compétences en atelier

• ·        Connaitre le fonctionnement d'un système de suralimentation.

• ·        Connaitre le fonctionnement d'une électrovanne pneumatique.

• ·        Connaitre le fonctionnement de la régulation de l'EGR.

• ·        Connaitre la relation entre débit d'air et taux D'EGR.

• ·        Connaitre le fonctionnement d'un filtre à particules.

• ·        Connaitre le fonctionnement d'un catalyseur.

• ·        Connaitre le fonctionnement d'un système SCR.

• ·        Savoir lire le schéma électrique et la documentation technique.

• ·        Savoir utiliser un outil de diagnostic.

• ·        Savoir utiliser un multimètre et un oscilloscope

• ·        Savoir utiliser un manomètre de pression de suralimentation.

• ·        Savoir appliquer une méthode de dépose repose.

• ·        Savoir appliquer une méthode de diagnostic

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Exemple d’outillage approprié

• ·        Valises de diagnostic

• ·        Pompe à pression/dépression équipée d'un manomètre.

• ·        Un manomètre de mesure de la pression du collecteur d'admission

• ·        Multimètre

• ·        Oscilloscope